淺談提高電氣一次設(shè)備紅外診斷工作效率和準確率

曹景芳，李生偉，李夢林，針偉

（華電國際電力股份有限公司鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273500）

電氣一次設(shè)備是火力發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備，一旦發(fā)生故障，輕則影響設(shè)備安全運行，重則造成人身傷亡事故和重大財產(chǎn)損失。電力企業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：近幾年來，因電氣一次設(shè)備故障造成的機組強迫停運有明顯上升趨勢，提高電氣一次設(shè)備可靠性刻不容緩。

紅外診斷能夠在設(shè)備帶電的狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)運行設(shè)備的熱缺陷，是一種先進有效的診斷技術(shù)，具有不接觸、不停運、不取樣、不解體的特點，能夠全面反映設(shè)備表面的溫度分布，并且操作簡便安全可靠。對于提高電氣一次設(shè)備的可靠性發(fā)揮了重要作用。鄒縣發(fā)電廠開展紅外診斷的設(shè)備主要有電氣一次設(shè)備、開關(guān)柜、電纜、轉(zhuǎn)動設(shè)備等，其中電氣一次設(shè)備占比較大。一般狀態(tài)監(jiān)測的周期宜在1 個月，但由于全廠8 臺機組需要進行紅外檢測的設(shè)備數(shù)量眾多，僅電氣一次設(shè)備測點數(shù)量就高達2000 多個，測量周期需要3 個月，測量周期長，無法實現(xiàn)對電氣一次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測。因此，迫切需要提高紅外診斷的工作效率和準確率，為電氣一次設(shè)備保駕護航。

1 存在的問題和不足

鄒縣發(fā)電廠開展電氣一次設(shè)備紅外診斷技術(shù)目前已有20 多年，在電氣一次設(shè)備紅外診斷工作方面積累了一定的經(jīng)驗。但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的紅外診斷模式已不足以應(yīng)對當前的設(shè)備管理需求，具體問題表現(xiàn)在以下方面。

1.1 現(xiàn)場紅外檢測和后期紅外圖片命名工作效率低，且易出現(xiàn)錯誤或信息丟失

一是紅外圖片采集時人工記錄效率低。常規(guī)紅外診斷對所采集設(shè)備紅外圖片的命名方式是時間+序號，這種方式不包含設(shè)備的名稱、型號、電壓等級，測溫部位等關(guān)鍵信息，在現(xiàn)場檢測時需要手工記錄設(shè)備名稱和圖片序號，需要2 人配合進行。鄒縣發(fā)電廠8 臺機組需要進行紅外檢測的電氣一次設(shè)備數(shù)量眾多，僅升壓站內(nèi)的高壓電氣一次設(shè)備測點數(shù)量就高達2000 多個，再加上數(shù)量可觀的開關(guān)柜、電纜、電動機等，現(xiàn)場測量時一一記錄名稱和圖片序號非常耗費時間，不僅工作效率低，且存在人為因素導(dǎo)致的錯誤或信息遺失。

二是后期紅外圖片重命名耗時費力。為方便紅外檢測圖片的分類存儲、查詢、趨勢分析等操作，需將拍攝的紅外圖片導(dǎo)入電腦，并對這些紅外圖片進行重命名。由于圖片數(shù)量非常龐大，在人工方式下，重命名工作不僅耗時費力，而且需要非常細心，否則一旦出現(xiàn)錯誤，會導(dǎo)致后續(xù)的診斷分析、數(shù)據(jù)對比無法進行。

1.2 現(xiàn)場儀器設(shè)置步驟及選擇數(shù)據(jù)采集不規(guī)范，給后續(xù)診斷分析帶來困難

一是測量人員設(shè)置儀器參數(shù)的個人習慣不同，造成測量誤差。電氣一次設(shè)備紅外診斷需滿足相應(yīng)的檢測要求，并且在現(xiàn)場檢測前需要對輻射率、環(huán)境溫度、相對濕度等拍攝參數(shù)進行設(shè)置，雖然部分儀器允許檢測后在電腦軟件上對拍攝參數(shù)后續(xù)修改，但現(xiàn)場試驗證明2 種拍攝參數(shù)設(shè)置方式同測點同時間測量的溫度值有一定的差別。

二是測點位置及數(shù)量設(shè)置隨意，數(shù)據(jù)保留不全，歷史數(shù)據(jù)對比難度大。對同一設(shè)備進行紅外熱像數(shù)據(jù)采集時，由于沒有明確的數(shù)據(jù)存儲規(guī)則，在該設(shè)備無明顯異常時，采集人員可能只保留1 張整體紅外圖片或者部分異常部位數(shù)據(jù)。在后期發(fā)現(xiàn)該設(shè)備其他部位異常后，異常部位在歷史數(shù)據(jù)中存在遺漏，無法進行歷史數(shù)據(jù)對比及趨勢分析。此外，由于沒有制定一套規(guī)范的設(shè)備紅外圖片拍攝標準，導(dǎo)致不同工作人員對同一部位進行紅外檢測時因拍攝參數(shù)設(shè)置，所拍攝部位的大小、角度等不一致，采集的紅外圖片缺乏統(tǒng)一性，后續(xù)難以對其進行進一步的精確分析診斷、對比。

1.3 診斷分析工作量大，人工分析存在經(jīng)驗差異，易出現(xiàn)設(shè)備隱患漏判

一是紅外圖片診斷分析工作量大。紅外圖片采集完成后，需要對每張圖片進行溫度標注，工作量巨大。

二是數(shù)據(jù)分析時，不同設(shè)備判斷標準不一樣，溫度標注方式未能有效展現(xiàn)出異常位置時，容易出現(xiàn)判斷失誤。例如，電流致熱型設(shè)備只需在需要關(guān)注的設(shè)備部件位置標注最高溫度即可判斷是否存在溫度異常，頻繁使用表面溫度法和相對溫差法；電壓致熱型設(shè)備卻需要比較溫差是否滿足要求，需要使用圖像特征法進行判斷。有些設(shè)備既存在電流致熱型部件又有電壓致熱型部件，在同一張圖中如果標注方法不當，很容易將電壓致熱型部件的異常特征忽略，從而造成漏判。

圖1 同一張圖片不同的結(jié)果

三是人工分析存在經(jīng)驗差異，當檢測人員存在對設(shè)備結(jié)構(gòu)了解不全面的情況時，容易出現(xiàn)漏判。例如，帶傘裙的電纜，傘裙處易出現(xiàn)電壓致熱型溫度異常，需要重點關(guān)注；油變壓器需要對變壓器本體、套管及引出線、中性點、冷卻器、風扇電機及其控制箱、油枕油位、各管路等進行全面檢查，不能遺漏；電壓制熱型缺陷由于溫差太小，人眼很難辨別。如復(fù)合絕緣子、瓷絕緣子、避雷器等在拍攝此類設(shè)備時，需要工作人員具有豐富的紅外知識和現(xiàn)場工作經(jīng)驗，對人員素質(zhì)要求高。

圖2 傘裙處易出現(xiàn)電壓致熱型溫度異常，需要重點關(guān)注

1.4 紅外診斷發(fā)現(xiàn)的問題檢修部門重視程度不夠，部分沒有得到及時處理

紅外診斷發(fā)現(xiàn)的電氣一次設(shè)備隱患問題只有及時得到檢修處理才能發(fā)揮紅外診斷技術(shù)對設(shè)備狀態(tài)的趨勢預(yù)警作用。在開展電氣一次設(shè)備紅外診斷工作過程中，發(fā)現(xiàn)部分設(shè)備隱患問題檢修人員重視程度不夠，造成故障進一步擴大。

2 處理方案

2.1 建設(shè)紅外診斷數(shù)據(jù)庫

針對每次現(xiàn)場紅外檢測時需要記錄設(shè)備名稱、上傳到電腦的紅外圖片需要人工重新命名、數(shù)據(jù)檢索不方便的問題，借鑒振動診斷數(shù)據(jù)庫和超聲檢測數(shù)據(jù)庫的做法建立紅外診斷數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫中，設(shè)備名稱采用可逐級展開的樹狀圖結(jié)構(gòu)，將設(shè)備相關(guān)信息都保存在該設(shè)備名下。進行現(xiàn)場紅外檢測時，將待檢設(shè)備以任務(wù)包的形式從紅外診斷數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入到紅外熱像儀?，F(xiàn)場每一個設(shè)備紅外檢測完成后都自動命名保存到該設(shè)備信息中，不需要人工現(xiàn)場記錄紅外圖片序號和對應(yīng)設(shè)備名稱，上傳至數(shù)據(jù)庫的紅外圖片也不再需要重新命名。歷次檢測的數(shù)據(jù)都存儲在該設(shè)備名下，需要時主要從樹狀圖找到該設(shè)備，歷次測量數(shù)據(jù)均一目了然。

2.2 數(shù)據(jù)庫增加智能功能

2.2.1 采用基準圖像規(guī)范現(xiàn)場紅外檢測

為解決紅外圖片采集不規(guī)范導(dǎo)致的后續(xù)精確分析診斷、對比困難的問題，運用規(guī)范化思路在紅外診斷數(shù)據(jù)庫中增加基準圖像功能,可避免因不同工作人員采集信息產(chǎn)生的較大差異。

基準圖像的生成規(guī)則有2 個：一是根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》，制定每一設(shè)備的診斷規(guī)則；二是根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場實際情況，對每一設(shè)備需要拍攝圖像的范圍、大小進行標準化規(guī)范，制定規(guī)范的分析框，并將分析框、診斷規(guī)則附加于基準圖像。由于基準圖像是根據(jù)設(shè)備的標準熱像建立的，因此具有標準的大小、部位等質(zhì)量要素。這些分析框和診斷規(guī)則，在現(xiàn)場檢測和后續(xù)診斷時，可自動調(diào)用。而且，一次設(shè)置好的分析框可自動全部應(yīng)用到同類型設(shè)備熱像中。

圖3 基準圖像及診斷規(guī)則

2.2.2 數(shù)據(jù)處理采用批處理方式

針對海量紅外圖片需要人工上傳到電腦，并分別要對每張圖片進行溫度標注、診斷分析的問題，借鑒大數(shù)據(jù)處理模式，在數(shù)據(jù)庫中增加批處理功能。批處理主要用在2 個方面：一是在數(shù)據(jù)上傳過程，檢測完成后的紅外圖片采用批處理方式上傳到電腦紅外診斷數(shù)據(jù)庫；二是批處理診斷分析，在診斷分析中可自動應(yīng)用診斷規(guī)則庫中單相以及三相之間的運算邏輯進行診斷，完成所有設(shè)備記錄故障判定。

2.3 規(guī)范現(xiàn)場紅外檢測步驟

針對不同工作人員設(shè)置儀器參數(shù)，習慣不同造成的測量誤差，從規(guī)范化的角度著手，對現(xiàn)場檢測步驟和流程進行標準化。根據(jù)軟件提示，在現(xiàn)場檢測前逐項對輻射率、環(huán)境溫度、相對濕度等拍攝參數(shù)設(shè)置，否則無法進行下一步操作，防止工作人員遺忘。檢測時使用基準圖像拍攝技術(shù)，即使不同的工作人員，也能保證所采集到的同類設(shè)備紅外熱像圖大小、角度、部位等基本一致。在檢測時，自動調(diào)用分析框、診斷規(guī)則，實現(xiàn)實時的智能診斷。檢測完成后，采集的熱像圖自動命名，保存在相應(yīng)的設(shè)備名稱下。

2.4 縮短設(shè)備紅外診斷周期

由于鄒縣發(fā)電廠有8 臺機組，電氣一次設(shè)備數(shù)量眾多，按照常規(guī)紅外檢測方法，電氣一次設(shè)備檢測周期需要3個月，3 個月的周期雖然能夠滿足紅外診斷應(yīng)用規(guī)范要求，但從現(xiàn)場實踐看，無法真正的實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)診斷。采用紅外診斷數(shù)據(jù)庫模式后，紅外診斷工作效率得到極大提升，設(shè)備診斷周期可減少到每月1 次。如升壓站設(shè)備和變壓器一直執(zhí)行的是每季度進行1 次紅外檢測，從2018年9 月開始，執(zhí)行每月1 次。設(shè)備檢測周期縮短，可及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提前發(fā)出預(yù)警，避免故障進一步擴大。

2.5 診斷分析采用“智能診斷+人工確認”模式

根據(jù)《帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范》規(guī)定各類型設(shè)備缺陷診斷制定診斷規(guī)則。在之前建立的基準圖像上提前用分析框、分析線進行標注，將診斷規(guī)則和標注好的基準圖像集成嵌入到數(shù)據(jù)庫中，在進行紅外熱像數(shù)據(jù)采集時，將被測量設(shè)備部件的邊框與基準圖像重合，提前標注好的分析框、分析線中獲取的數(shù)據(jù)即為被測設(shè)備各部件的實時紅外數(shù)據(jù)。按照診斷規(guī)則就可以對分析框、分析線中獲取的熱像數(shù)據(jù)進行智能診斷。診斷規(guī)則自動調(diào)用，可以實時顯示被測設(shè)備的嚴重等級。

對智能診斷的結(jié)果中嚴重缺陷和危機缺陷進行檢查，分析異常原因并對缺陷等級進行重新評估。

2.6 對紅外診斷發(fā)現(xiàn)的問題實行閉環(huán)管理

針對紅外診斷發(fā)現(xiàn)的部分問題由于沒有得到及時處理造成故障擴大，鄒縣發(fā)電廠以異常通知單的形式跟蹤問題過程，加強對紅外診斷發(fā)現(xiàn)問題的全過程閉環(huán)管理。設(shè)備異常通知單包含設(shè)備存在的問題、診斷結(jié)論、建議措施、專業(yè)處理建議、實際檢修情況及修后評估情況等內(nèi)容，各相關(guān)負責人根據(jù)以上內(nèi)容的各流程進行處理，確保設(shè)備隱患從發(fā)現(xiàn)到處理后評估的全過程閉環(huán)管理，使精密診斷作用得到充分發(fā)揮。

3 實施效果

3.1 提高了工作效率，節(jié)省人工

由于采用數(shù)據(jù)庫管理，現(xiàn)場檢測時不需要記錄設(shè)備名稱和紅外圖像編號，大大提高了檢測效率，可減少60%的人工處理量。檢測的紅外圖片自動保存在樹狀圖設(shè)備名稱下，節(jié)省了紅外圖片更改名稱的全部時間，節(jié)省時間100%。數(shù)據(jù)處理采用批處理方式，海量熱像圖處理起來只需要很短的時間，工作效率得到了極大提升,節(jié)省時間90%。診斷分析采用“智能診斷篩選異常設(shè)備+人工診斷重點確認”模式，可減少80%的人工處理量。

3.2 縮短了設(shè)備檢測周期

在該項目實施后，紅外診斷工作效率得到極大提升，設(shè)備診斷周期由3 個月縮短到1 個月?？杉皶r發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，提前發(fā)出預(yù)警，避免故障進一步擴大。

3.3 提高了診斷準確率

紅外數(shù)據(jù)采集的規(guī)范化以及批處理診斷分析，提高了數(shù)據(jù)的有效性。同時，同類設(shè)備相間比對及同一設(shè)備歷史比對，可快速找出異常，提高診斷準確率。

3.4 提高了設(shè)備安全性和可靠性

鄒縣發(fā)電廠通過對電氣設(shè)備開展定期檢測、設(shè)備啟動后檢測、異常跟蹤檢測、修后評估檢測等紅外診斷工作，準確地掌握了設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)了設(shè)備存在的隱患并提出檢修建議措施；對診斷發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題實行從發(fā)現(xiàn)到修后評估的全過程閉環(huán)管理，確保隱患得到及時處理，有效提高了該廠電氣設(shè)備的安全性和可靠性。